烟草C2H2锌指蛋白转录因子家族成员的鉴定与表达分析

C2H2锌指蛋白转录因子家族在真核生物中具有重要的生物学功能,广泛参与植物叶的发生、花器官的调控、侧枝的形成及逆境胁迫等生命过程。植物C2H2锌指蛋白不仅结合DNA和RNA,而且与蛋白质之间相互作用。本研究利用普通烟草(Nicotiana tabacum)基因组数据库,运用Blastp比对,结合Pfam和SMART分析,鉴定了118条普通烟草C2H2锌指蛋白家族成员;对烟草C2H2锌指蛋白家族进行了进化树分析、结构域分析、物理化学性质分析、染色体定位、基因结构分析、三维结构分析及组织表达分析等。结果表明：不同成员的氨基酸长度差异较大;系统进化及结构域分析显示,所有C2H2家族成员可以被分为5个亚家族,同一亚家族成员之间在结构域和理化性质上呈现较高一致性;每个成员都含有C2H2结构域,在数量上存在较大差异;将所有基因家族成员定位在22条染色体上;组织表达分析表明,每个C2H2亚家族都有成员在不同组织中表达,在叶及根中有些基因的表达量较高。     

植物C_2H_2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,对真核生物的生长发育及逆境胁迫的耐受能力都有着重要关系,而植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种锌指蛋白,该蛋白大部分锌指结构具有一段高度保守的氨基酸序列QALGGH,这是植物中独有的特征,且据报道该C2H2型锌指蛋白与逆境胁迫是相关的。本文主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的分类、结构和功能,植物C2H2型锌指蛋白与DNA、RNA和蛋白质的相互作用,以及概述了与盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、氧胁迫和光胁迫等逆境胁迫相关的植物C2H2型锌指蛋白,最后还对其进一步的深入研究进行了展望,这就为日后利用基因工程技术改良作物品质、提高作物的抗逆性提供了有利条件。     

KRAB型锌指蛋白(KZNF)的研究进展

KRAB型锌指蛋白是哺乳动物中最大的转录调控因子家族, 它的多数成员在基因组上成簇分布。其结构特征是N端含有KRAB结构域, C端含有多个C2H2型锌指结构。KRAB结构域为一蛋白质-蛋白质相互作用区, 可以与多种协同转录抑制因子和转录因子结合, 使KRAB型锌指蛋白作为转录因子和/或转录调控因子发挥依赖于DNA结合的转录抑制功能, 在胚胎发育、细胞分化、细胞转化及细胞周期的调控中发挥重要功能。     

禾本科植物单锌指家族基因对逆境应答的研究进展

转录调控是植物生长发育、逆境反应、信号转导、抗病性等一系列基因表达的最主要调控形式,转录因子是参与基因转录水平调控过程的重要反式因子。单锌指(DNA binding with one finger,DOF)转录因子是植物特有的一类转录因子,包含一个C_2-C_2锌指结构,其N-末端保守的DOF结构域是能与DNA和蛋白相互作用的双重功能域,在植物生长发育过程中参与多种生物学过程。尽管已有研究报道DOF家族基因参与植物抗逆响应,但其在禾谷类重要粮食作物中的作用机制还极不明确。本文通过对禾本科植物DOF家族基因系统进化分析及组织表达和诱导表达分析,综述了DOF家族基因参与植物胁迫应答方面的相关研究进展,为进一步深入了解禾本科植物抗逆机制提供重要参考。     

甜瓜WRKY转录因子家族基因生物信息学分析

WRKY转录因子是一类重要的调控分子,在高等植物中以基因家族的形式存在。本研究以甜瓜(Cucumis melo L.)基因组数据为材料,利用生物信息学手段对WRKY转录因子家族成员、系统进化、基因分类、保守基序(motif)的保守性进行预测和分析。研究表明,甜瓜WRKY家族包含61个基因,其中13个含有2个WRKY结构域和C_2H_2锌指型结构归为第Ⅰ类,43个含有1个WRKY结构域和C_2H_2锌指型结构的归为第Ⅱ类,5个含有1个WRKY结构域和C2HC锌指型结构的归为第Ⅲ类。     

过表达秋茄C2H2型锌指蛋白基因KcZFP提高烟草耐盐性

基因转录调节是植物对非生物胁迫适应机制的一个重要方面,转录调节因子在胁迫信号转导途径中调节下游基因的表达,在建立植物对胁迫适应性过程中起到重要作用.锌指蛋白是功能多样的转录调节因子蛋白家族,家族成员在植物响应非生物胁迫方面扮演着重要角色.本研究以秋茄C2H2型锌指蛋白编码基因KcZFP为目的基因,在烟草中过表达KcZFP,分析C2H2型锌指蛋白在植物耐盐性中的作用.研究结果显示:转基因株系中,KcZFP表达量显著提高.过表达KcZFP的烟草植株的耐盐性明显提高,在200 mmol/L NaCl处理的条件下,KcZFP过表达烟草中脯氨酸水平远高于野生型植株.对光合作用参数比较分析显示,在KcZFP过表达植株中净光合速率受盐胁迫的影响小于野生型植株,光合系统在一定程度上得到了保护.研究结果说明KcZFP作为转录调节因子参与了植物的渗透调节,对植物的耐盐性具有贡献.     

枣AP2/EREBP转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

AP2/EREBP类转录因子为植物所特有的一类转录因子,参与了植物的发育和胁迫途径。本研究利用枣的全基因组数据库,通过生物信息学手段鉴定枣的AP2/EREBP家族的全部成员,并分析AP2/EREBP转录因子家族保守域特点与功能及表达情况,为枣的遗传改良抗性育种提供理论依据。利用在线软件EBI、TAIR、Hmmer3.0、SMART、Pfam、MEME、ProtParam、SOPMA、SignalP4.1Sever和String网站,以及ClustalX2、BioEdit、MEGA6.0、MapInspect软件,对枣的AP2/EREBP转录因子家族的类型、结构域、系谱进化、序列元件、蛋白理化性质及二级结构、信号肽分析、基因定位、基因芯片表达和蛋白功能联系预测进行了分析。分析表明,枣全基因组中有127条AP2/EREBP转录因子,根据其结构域划分为4个亚家族:AP2、RAV、DREB及ERF,各家族成员数分别为:17、6、50及54。进行多序列比对和系谱进化分析,发现2个亚家族各分为6个亚族。生物信息学分析表明,AP2/EREBP家族蛋白均为亲水性蛋白、非分泌型蛋白,且该家族蛋白富含酸性氨基酸;基因定位表明,该家族基因在12条染色体上呈不均匀分布,有染色存在串联复制现象;对127个枣AP2/EREBP蛋白之间的功能联系网络进行了系统预测,分析预测了相关基因的功能和多个基因间的联系;基因芯片表达表明,AP2/EREBP转录因子在低温、高温、光照、遮阴、紫外线、UV敏感处理及外源ABA处理条件下均能被诱导表达,且在根、叶、花和果4个器官中均有显著性表达。枣AP2/EREBP基因家族结构高度保守,对外界胁迫有显著性表达,可能在枣的生长发育及其在枣的多种生理反应信号转导中发挥着重要作用,且各家族成员之间在植物生长发育过程和胁迫响应及激素信号转导途径具有交叉作用。     

苹果DREB转录因子家族全基因组鉴定与分析

DREB转录因子属于AP2/ERF转录因子家族,能够与DRE/CRT顺式作用元件特异性结合,调控与逆境应答基因的表达,因而在植物应对低温、干旱、高盐等逆境胁迫中发挥重要作用。该研究利用苹果全基因组数据,通过生物信息学手段鉴定苹果DREB转录因子家族成员,并分析DREB转录因子家族保守域特点与功能及表达情况。结果表明:从苹果全基因组中共鉴定出60个DREB转录因子家族成员,与拟南芥和水稻相比基本一致,通过引入拟南芥DREB基因进行系统发生分析,进一步可以将其细分为6个亚组;结构域和保守元件分析表明,DREB基因家族含有一个AP2保守结构域;染色体定位表明,苹果DREB基因分布于11条染色体上,部分基因存在串联复制现象;基因结构分析显示,该亚家族基因不含内含子。利用同源拟南芥RNA-Seq数据分析结果表明,DREB转录因子家族对低温、ABA调节等非生物胁迫具有调控作用,同时在DREB亚家族中每个亚组响应不同的非生物胁迫;通过分析DREB基因在不同组织中的表达情况,结果显示DREB基因在植物根部中的表达量最强,其次是叶。     

WRKY转录因子超家族的研究

WRKY转录因子是一类能与W盒特异结合的DNA结合蛋白,最初从植物中分离获得,该家族因子均含有一个或两个保守的WRKY结构域,该结构域约含有60个氨基酸残基,在WRKYGQK残基核心序列之后接有一个C2H2或C2HC类型的锌指基序。WRKY转录因子在高等植物中形成一个庞大的基因家族,基因数量众多。大量的实验证据说明,WRKY蛋白参与植物的抗病反应,并影响植物的衰老、抗胁迫能力以及生长和发育。     

KRAB型锌指蛋白的进化及在物种演化中的功能

C2H2型锌指蛋白家族是目前发现的哺乳动物中最大的转录/转录调控因子家族,由一小群古老的含有真核锌指结构的转录因子经过多次基因复制和功能分化演化而来。KRAB型锌指蛋白(KRAB-containing zinc finger proteins, KRAB-ZFPs)作为C2H2型锌指蛋白家族中最大的亚家族,最早出现在四足脊椎动物,并随物种的进化数量快速增长,在人类中占据C2H2型锌指蛋白的60%左右。在物种演化中,进化压力主要改变KRAB-ZFPs的DNA结合能力,而KRAB-ZFPs介导的转录抑制能力则稳定存在。同时,多种KRAB-ZFPs能够与KRAB相关蛋白1(KRAB-associated protein 1, KAP1)协同作用沉默哺乳动物中反转录元件的活性,并与之协同进化,严格限制反转录原件的跳跃能力。本文综述了KRAB-ZFPs的数量倍增、锌指结构的灵活多变、KRAB-ZFPs/KAP1的转录抑制能力和反转录元件的跳跃性在促进哺乳动物调控网络的差异、基因组稳定性的变化和物种进化中的作用,旨在进一步揭示KRAB-ZFPs在推动物种稳定演化中的特点和功能。     

玉米MYC基因家族的结构特点和表达模式分析

MYC属于bHLH转录因子家族中的一个亚族.本研究利用生物信息学的方法在玉米(Zea mays)基因组上共鉴定到8个玉米MYC转录因子,并对其理化性质、结构特点、保守结构域、系统进化和组织表达等进行分析.结果表明,玉米MYC理化性质差异较大,每个MYC蛋白均由位于N端的bHLH_MYC_N结构域,位于C端的bHLH结构域和一个亮氨酸拉链结构组成.基因结构分析显示,有4个ZmMYC基因只有1个外显子,其他4个ZmMYC基因包含有2～6个不等的内含子.多序列比对表明玉米MYC转录因子和小麦、水稻的MYC转录因子在保守结构域上具有较高的保守性.顺式作用元件显示在玉米ZmMYC基因的启动子区域存在和生长发育、胁迫应答相关的元件.组织表达模式分析表明玉米MYC基因具有组织表达特异性.本研究为进一步研究玉米MYC转录因子家族的生物学功能提供了科学依据.     

锌指蛋白结构及功能研究进展

锌指蛋白是一类具有手指状结构域的转录因子,对基因调控起重要的作用。根据其保守结构域的不同,可将锌指蛋白主要分为C2H2型、C4型和C6型。锌指通过与靶分子DNA、RNA、DNA-RNA的序列特异性结合,以及与自身或其他锌指蛋白的结合,在转录和翻译水平上调控基因的表达。我们简要综述了近年来锌指蛋白结构、分类及其与核酸及蛋白质相互作用等方面的研究进展。     

Dof基因家族调节植物生长发育功能的研究进展

Dof（DNA binding with one finger）蛋白是一类植物特异性转录因子,通常含有200～400个氨基酸和2个主要结构域。该家族成员的N 末端为高度保守的单锌指Dof结构域,具有与DNA和蛋白质相互作用的双重功能,其C末端的氨基酸序列则较为多变,是Dof蛋白重要的特异转录调控结构域。研究表明,Dof蛋白作为转录激活物或阻遏物参与了多方面的植物生长发育过程。随着基因组测序技术的发展,已有大量的Dof基因从植物基因组数据库中鉴定出来。该文对近年来国内外有关Dof基因家族的结构特点、全基因组鉴定、蛋白互作以及生物学功能等方面的研究进展进行综述,以期为Dof转录因子的深入研究提供参考。     

大豆两个C2H2型转录因子基因序列特征及表达分析

干旱气候已严重影响需水作物大豆的产量,而植物中C2H2型转录因子在应答非生物逆境中起到重要作用,因此充分挖掘优异抗旱大豆种质的基因资源及功能研究,为利用基因工程手段获得抗旱大豆种质奠定理论基础。本研究从大豆叶片中克隆到2个基因,分别命名为GmZAT9-like和GmZAT5-like。序列特征分析表明二者都属于C2H2型转录因子,均包含典型双锌指结构域和EAR保守基序,且氨基酸同源性低于其他物种同源基因。分子进化树分析表明,2个基因分别与拟南芥AtZAT9和ATZAT5基因划分为一类。基于荧光实时定量PCR技术检测到2个基因分别在叶片和根部组织特异性表达。通过半定量RT-PCR和荧光定量PCR分析大豆幼苗在PEG、SA、ABA、NaCl和4℃胁迫处理条件下2个基因的表达模式。结果表明,在PEG和SA胁迫条件下,叶片中GmZAT9-like基因表达在处理后期有升高趋势,而根部GmZAT5-like基因在处理早期受到诱导表达;ABA胁迫条件下,2个基因均在处理初期呈现表达升高趋势而后下降;盐和冷胁迫条件下,叶片中GmZAT9-like基因表达受到抑制,而根部GmZAT5-like基因表达在冷胁迫处理初期呈现升高趋势。因此推测这两个基因与大豆非生物胁迫响应相关。     

牙齿发育相关基因Osr2的生物信息学分析

目的：为生物学实验研究Osr2与牙齿发育的关系提供思路和参考。方法：本文运用生物信息学的同源比对、进化分析等方法,对Osr2及其编码蛋白的生物信息学特征进行分析。结果：结果显示Osr2蛋白质无信号肽,是非跨膜的疏水性蛋白,具有C2H2型、CHY型锌指结构域,是一类进化保守,高度同源的转录因子。结论：这一结果可为Osr2深入的结构与功能分析及利用提供进一步的信息与参考。     

番茄AS2基因家族的系统进化分析

AS2基因家族是一类直接参与转录调控并广泛存在于植物中的转录因子家族,能够调控植物生长发育和抗逆境胁迫过程。本研究通过分析番茄基因组,鉴定了番茄中具有特定结构域的AS2基因,并利用生物信息学手段对番茄AS2基因的系统进化、染色体定位以及基因结构等信息进行了分析。系统进化分析共鉴定了45个番茄AS2基因家族成员,分成5个亚类。亚细胞定位分析表明,该家族基因主要分布在细胞核上。染色体定位揭示了AS2基因分布于10条染色体上,基因主要以片段复制的方式进行扩增。本研究为进一步探究番茄和其他物种中AS2基因功能奠定了基础。     

甘薯基因组TCP转录因子鉴定与逆境胁迫表达分析

基于甘薯(Ipomoea batatas(L.)Lam.)全基因组序列,利用生物信息学方法鉴定筛选了全基因组中的TCP(teosinte branched1/cincinnata/proliferating cell factor)转录因子,并分析了甘薯苗期在蔓割病菌胁迫及块根储藏期低温胁迫下TCP基因的表达差异。结果显示,甘薯基因组中共有27个TCP转录因子,其中ClassⅠ13个、ClassⅡ(CIN)8个、ClassⅡ(CYC/TB1)6个。甘薯TCP以单个基因或基因簇的形式不均匀分布在15条染色体上,其中6对基因存在潜在复制关系。甘薯ClassⅡ(CYC/TB1)转录因子含有R结构域,其氨基酸序列较为保守。在TCP家族中共发现10个保守基序(motif),基序的氨基酸序列长度为15~60个,其中motif 1含有TCP结构域,motif 3含有R结构域,TCP转录因子的保守基序种类在组间存在一定差异。逆境胁迫下甘薯的转录组数据分析结果表明,TCP转录因子在苗期受蔓割病侵染后有2个差异表达基因;在块根储藏期受低温胁迫下有11个差异表达基因。     

KRAB锌指蛋白的研究进展

约有三分之一C2H2锌指蛋白的N端都含有KRAB结构域,该结构域在进化上极其保守,含有约75个氨基酸,其中富含极性氨基酸,因而易于形成两个双亲性螺旋。该结构域已被证实是一个强有力的转录抑制结构域,但其介导的抑制作用需要它与TIF1β／KAP-1／KAIP-1结合。实验表明,结合了KRAB结构域针对特异靶基因的锌指蛋白,不仅可以抑制基因的表达,还可以降低病毒在细胞内的复制。因此,KRAB在调控基因表达和胞内抗病毒方面表现出极大的应用潜能。     

互花米草NAC转录因子家族的鉴定与表达分析

互花米草(Spartina alterniflora)作为一种海岸带盐生植物,高度耐盐胁迫,但因为缺少参考基因组,其耐盐的分子机制却尚未见报道。NAC家族蛋白是植物特有的转录因子,调控植物的生长发育和胁迫应答。为了鉴定互花米草NAC蛋白(SaNAC)并探究它们与互花米草生长发育及胁迫响应之间的关系,本研究以互花米草三代全长转录组数据为参考,通过与水稻(Oryza sativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和玉米(Zea mays)NAC蛋白序列进行比对,并结合保守功能域进一步筛选,最终找到62个SaNAC蛋白。从蛋白序列比对、进化、motif预测、同源性比较、亚细胞定位、组织表达以及非生物胁迫下的基因差异表达等方面分别对互花米草NAC家族成员进行分析,结果发现SaNAC蛋白均含有保守的NAM结构域,且在进化上与水稻NAC家族具有一定的相似性;SaNAC家族中的两个蛋白SaNAC9和SaNAC49在细胞核表达;另外,本研究还发现互花米草SaNAC基因表达具有高度组织和胁迫应答差异性。这些结果表明互花米草NAC转录因子家族不仅具有保守的功能域,而且在调控互花米草的生长发育和非生物胁迫响应过程中具有重要的作用。     

牙齿发育相关基因Osr2 的生物信息学分析

目的:为生物学实验研究Osr2与牙齿发育的关系提供思路和参考.方法:本文运用生物信息学的同源比对、进化分析等方法,对Osr2及其编码蛋白的生物信息学特征进行分析.结果:结果显示Osr2蛋白质无信号肽,是非跨膜的疏水性蛋白,具有C2H2型、CHY型锌指结构域,是一类进化保守,高度同源的转录因子.结论:这一结果可为Osr2深入的结构与功能分析及利用提供进一步的信息与参考.